本发明专利技术专利公开了一种无边端效应的容错永磁游标直线电机，包含初级和次级，初级和次级之间具有气隙。初级上相邻两个齿形成一个单元模块，单元模块之间相距(k+1/s)τ，k＝0，1，2，…，τ为次级极距，s为单元模块个数。单元模块的齿端嵌入永磁体阵列。通过单元模块间的相互配合使各相绕组之间互相解耦，使得电机的容错性能得到大幅提高；同时永磁体阵列的聚磁效应可以有效降低电机电枢齿端的漏磁通，增加绕组中的反电动势，从而提高电机的推力输出特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种无边端效应的初级永磁直线电机，适用于轨道交通等高可靠、高效率的直线驱动领域。
技术介绍
直线电机是一种将电能直接转化成直线运动的机械能而不需要任何中间转换机构的传动装置，较传统的旋转电机有着明显的优势，如结构简单，无磨损，精度高，效率高等。因此，直线电机得到越来越广泛的应用。目前，直线驱动技术正逐步应用于轨道交通方面。直线感应电机机械结构简单，但是工作效率比较低，对气隙的变化比较敏感;永磁直线电机与电励磁直线电机相比有着比较高的效率，但无论是将电枢绕组沿轨道铺设，还是将永磁体沿轨道铺设，在轨道交通这种长线直驱系统中，制造成本太大，不具有经济可行性。针对上述缺点，国内外学者提出一类初级永磁型直线电机结构:就是将永磁体与绕组均放置在短动子(初级)上，而长定子(次级)仅为简单的凸极结构。这种初级永磁型直线电机不仅具有永磁同步直线电机效率高，推力输出高的优点，而且在应用于长定子轨道交通领域具有制造成本低的优点。然而，传统的初级永磁直线电机，因其特有的端部效应，导致各相磁路不对称，进而带来各相反电动势波形不对称，定位力较大等一系列问题。中国授权专利技术专利CN201010119957.X公开了一种在初级加装辅助齿减小直线电机端部效应的方法。辅助齿为端部漏磁通提供了路径，可使漏磁通转变为有效磁通，这样使穿过位于端部的线圈磁通的路径与内线圈的情况类似，减弱了端部效应给磁路带来的不平衡，改善了对称性。但是辅助齿的添加增加了电机的尺寸和永磁体用量，降低了电机整体的功率密度。中国授权专利技术专利CN201010584004.0公开了一种在初级中间加入由非导磁材料制成的磁障，将初级分成两个模块，通过两个模块结构上的互补来达到抑制直线电机端部效应的目的。这种方法既保证了电机的功率密度又减小了端部效应，但电机的相间磁路耦合严重，容错性能比较差。在要求高可靠性运行的直线系统，如轨道交通领域，必须要提高直线电机的容错性能。传统的提高直线电机容错性能的方法主要有两种:一种是在初级中相邻的电枢齿中间加入一个由导磁材料制成的容错齿，使各个电枢齿上的绕组相互隔离(CN201310202082.3)。另一种是在初级中，相邻模块间的正中间加入合适大小的非导磁材料制成的隔离齿，使各相绕组相互隔离(CN201010169681.6)。虽然这两种方法都可以使各相磁路相互独立，降低互感，提高电机的容错性能，但是直线电机固有的边端效应都没有解决。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种无边端效应的容错永磁游标直线电机结构。本专利技术通过初级模块化设计消除了直线电机因端部效应所产生的不利影响，从而获得更加正弦对称的反电动势，同时各模块间的定位力相互抵消，降低了定位力和推力波动。本专利技术电机避免使用传统加入容错齿或隔离齿的方法，能在不牺牲电机功率密度的前提下，同时获得理想的容错性能。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案:—种无边端效应的容错永磁游标直线电机，包括初级和次级，初级和次级之间具有气隙；初级上开槽形成齿槽结构，初相邻两个电枢齿形成一个单元模块，每两个单元模块之间的间距满足仏+1/8)1沽=0，1，2，...，8为单元模块个数即绕组相数，每一个单元模块呈Π形，单元模块中的槽放置电枢绕组且单元模块与每相电枢绕组--对应，s个单元模块构成s相电机;初级的每个单元模块的齿端开虚槽，虚槽中嵌入永磁体阵列，次级开槽形成梯形结构。进一步，所述单元模块上的虚槽为六个，每个电枢齿上各开有三个虚槽，所述每个虚槽放置有一个永磁体阵列，永磁体阵列由位于两侧的两块极性相反的切向充磁的第一永磁体、第三永磁体和中间一块径向充磁的第二永磁体组成。进一步，当相数s取3时，τ为次级极距，满足:τ= Si*s/N，Si为一个单元模块的有效长度;此时，初级的相邻单元模块间空间相位互差120°电角度，所以各单元模块间定位力波形互差120°电角度。进一步，所述永磁体产生磁场分布的极对数Pi与电枢绕组产生的电枢磁场分布的极对数P2和次级的齿个数N满足Ν=Ρι+Ρ2，且对于电机整体结构和独立的单元模块结构都满足 N=PWP2d进一步，所述永磁体采用钕铁硼磁材料，或者第一永磁体、第三永磁体采用铁氧体、第二永磁体采用钕铁硼磁材料。本专利技术具有以下有益效果:1、本专利技术采用Π形单元模块初级齿结构，通过单元模块间的相互解耦使得各相绕组之间不相互影响，从而使得电机的容错性能提高，增强电机在运行过程中的稳定性;此夕卜，初级单元模块和每相绕组一一对应，每相绕组作为一个独立的单元模块不存在边端效应，因此该直线电机的反电动势更加正弦对称，解决了传统直线电机由于端部效应致使各相的反电动势不平衡的问题。2、电机的初级电枢齿端部嵌入永磁体阵列，其聚磁效应有利于减小齿端漏磁，提高磁路的有效磁密，从而提高电机的推力输出特性。3、相邻单元模块间空间相位互差120°使得各单元模块产生的定位力相互抵消，降低了电机的定位力，减小了推力波动。 4、永磁体产生磁场分布的极对数Pi与绕组产生的电枢磁场分布的极对数P2和次级有效齿个数N满足:N = Ρι+Ρ2，且对于电机整体结构和独立的单元模块结构也满足:N = Pi+P2。因此电机保留了游标电机的特性，具有低转速大推力的特点。5、永磁体阵列可以将不同特性的永磁材料组合使用，形成各种混合磁材料结构使电机具有不同的特性，增加其应用领域。【附图说明】下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术作进一步详细说明。图1为本专利技术所述无边端效应的容错永磁游标直线电机的径向结构示意图；图2为图1中永磁体阵列结构放大示意图；图3为本专利技术所述无边端效应的容错永磁游标直线电机的定位力波形图；图4为本专利技术所述无边端效应的容错永磁游标直线电机的B相电枢反应磁场分布图；图5为本专利技术所述无边端效应的容错永磁游标直线电机的B相电感波形图；图6为本专利技术所述无边端效应的容错永磁游标直线电机的三相永磁磁链波形图；图7为本专利技术所述无边端效应的容错永磁游标直线电机三相反电动势波形图；图8为本专利技术所述无边端效应的容错永磁游标直线电机推力波形图。图中:1.初级；2.次级；3.槽;4.齿端;5.永磁体阵列;6.单元模块;7.第二永磁体、8.第一永磁体、9.第三永磁体。【具体实施方式】下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。...
【技术保护点】
一种无边端效应的容错永磁游标直线电机，其特征在于，包括初级(1)和次级(2)，初级(1)和次级(2)之间具有气隙；初级(1)上开槽形成齿槽结构，初级(1)相邻两个电枢齿形成一个单元模块(6)，每两个单元模块(6)之间的间距满足(k+1/s)τ，k＝0，1，2，...，s为单元模块个数即绕组相数，每一个单元模块(6)呈∏形，单元模块(6)中的槽(3)放置电枢绕组且单元模块(6)与每相电枢绕组一一对应，s个单元模块(6)构成s相电机；初级(1)的每个单元模块(6)的齿端(4)开虚槽，虚槽中嵌入永磁体阵列(5)，次级(2)开槽形成梯形结构。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵文祥，陈礼洋，吉敬华，徐亮，朱剑，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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